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背景
微塑料這一概念最早由英國科學(xué)家湯普森等人[1]提出,通常是指直徑小于5毫米的塑料顆粒,廣泛存在于海洋環(huán)境中,是一種造成海洋污染的主要載體。不管是在海水中,還是在海底及海底沉積物種,都有發(fā)現(xiàn)微塑料的存在。而隨著食物鏈的傳播,微塑料甚至進(jìn)入到了人體的血液和肺部[2]。
微塑料和海洋垃圾是一個(gè)世界性的問題,中國生態(tài)環(huán)境部門也非常重視微塑料和海洋垃圾的治理。2007年,中國正式啟動(dòng)了海洋垃圾的監(jiān)測(cè)工作,并于2016年將海洋微塑料納入監(jiān)測(cè)范圍[3]。
實(shí)際上,微塑料的形狀多種多樣,它通常是多個(gè)顆粒的混合體,粒徑范圍從幾微米到幾毫米不等,肉眼往往很難分辨,被形象的“海中的PM2.5”。為了更好的觀察微塑料的形貌和成分,需要通過掃描電鏡進(jìn)行高分辨觀察,同時(shí)通過能譜可以分析其成分,從而判斷微塑料的來源。
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應(yīng)用
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應(yīng)用案例一
微塑料的來源多種多樣,通過光學(xué)顯微鏡可以清楚的看到不同顏色的微塑料。但是,光學(xué)顯微鏡的分辨率有限,無法觀察微塑料的精細(xì)形貌,也無法判斷其元素組成。日立電鏡可以與不同的光學(xué)顯微鏡進(jìn)行聯(lián)用(CLEM),通過聯(lián)用可以利用光學(xué)顯微鏡尋找樣品,利用掃描電鏡進(jìn)行高分辨觀察。
如圖1所示,可見藍(lán)色、淺藍(lán)色、白色和橙色的微塑料顆粒,同時(shí)疊加了SEM的BSE圖像,可以看到微塑料表面的微小細(xì)節(jié)差異。
圖(1). 不同顏色微塑料的光鏡圖片與電鏡圖片疊加圖像
掃描電鏡可以通過能譜對(duì)不同顏色的微塑料進(jìn)行元素分析,從而判斷其組成。如圖2所示,藍(lán)色和白色微塑料富含鈦元素,主要是氧化鈦;淺藍(lán)色塑料除了含鈦以外,還含有鈣和鐵;橙色塑料則含鉛和鉻,主要是鉻黃(PbCrO4,用于防銹漆)。
圖(2). 不同顏色微塑料的元素分析
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應(yīng)用案例二
圖3所示為神奈川縣的沙灘上發(fā)現(xiàn)的微塑料,通過掃描電鏡對(duì)其截面觀察發(fā)現(xiàn)有很多亮點(diǎn)(0.1-1um),這些亮點(diǎn)是微塑料內(nèi)部的一些無機(jī)顆粒,說明其內(nèi)部成分并不均一。通過掃描電鏡的背散射電子(BSE)探測(cè)器可以觀察到不同成分的亮暗差異。
圖(3). 微塑料的截面觀察
通過能譜對(duì)截面進(jìn)行元素分析發(fā)現(xiàn)含有鉛和鉻,說明該塑料可能是鉻黃涂料(PbCrO4)的碎片。鉻黃主要用于防銹漆,但因含有鉛和六價(jià)鉻已于2020年被淘汰。微塑料涂層下方含有Fe、O和Cr(氧化鐵和鉻的合金,即不銹鋼),所以該微塑料可能是不銹鋼生銹脫落形成的。
圖(4). 微塑料截面的元素分析
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應(yīng)用案例三
圖5為微塑料的光鏡和電鏡圖片,通過電鏡圖片可以看到微塑料表面有一些生物附著物(綠色箭頭所指),這些生物可能對(duì)微塑料的降解有一定作用。
圖(5). 微塑料表面的光鏡(左)和電鏡(右)圖像
圖6為拉曼光譜對(duì)微塑料的截面進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)其譜圖與聚乙烯的譜圖相近,說明該微塑料主要是聚乙烯。在拉曼譜圖中還發(fā)現(xiàn)了銅酞菁(藍(lán)色箭頭所指),這是一種藍(lán)色顏料,這與圖5光鏡圖片中微塑料的顏色一致。
圖(6). 微塑料截面的拉曼光譜分析
通過對(duì)微塑料的截面進(jìn)行觀察發(fā)現(xiàn),其表面的生物層(淺色部分)有侵入微塑料的現(xiàn)象;通過能譜驗(yàn)證生物層含有P,S等元素,且內(nèi)部的C含量也比聚乙烯中C含量低,說明生物有降解該塑料的功能。
圖(7). 微塑料截面的元素分析
參考文獻(xiàn):
[1] Thompson R C, Russell A E, et al. Lost at sea: where is all the plastic? J. Science, 2004, 304(5672), 838
[2] 科學(xué)家首次在人體血液當(dāng)中發(fā)現(xiàn)微塑料顆粒,可輸送到全身。環(huán)球時(shí)報(bào)
[3] 生態(tài)環(huán)境部:切實(shí)推進(jìn)海洋垃圾和微塑料防治 為全球海洋治理提供科學(xué)技術(shù)支撐。人民網(wǎng)
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